Els metalls es poden reciclar?

En general els metalls són fàcils de reciclar, especialment els productes siderúrgics. Actualment moltes siderúrgies utilitzen ferro vell per obtenir-ne de nou.
 
Per reciclar els metalls cal fer una separació prèvia segons el tipus. Després es fonen per obtenir el metall nou i donar-li la forma.
 
Els metalls fonen a temperatures diferents segons el seu tipus; això permet reciclar objectes realitzats amb més d’un metall: segons la temperatura es fondrà primer un o altre dels metalls que formen l’objecte i així es poden separar.
 
El reciclatge de metalls suposa un gran estalvi per al medi natural i per tota la societat. Si reciclem metalls estalviarem:
 
Recursos naturals perquè extraiem menys minerals i s’estalvia energia i aigua.
 
Contaminació ja que l’obtenció de metalls a partir d’objectes metàl·lics usats és més senzilla i menys contaminant que l’obtenció a partir de mineral.
 
Residus perquè si s’utilitzen els residus per obtenir nous materials, no caldrà que els llencem als abocadors.

Conseqüències de l'ús dels metalls

Ja hem parlat que per obtenir metalls cal disposar de minerals i d’energia que aconseguim del medi natural i que al medi natural aniran a parar també els residus de la seva obtenció i ús.

El minerals triguen milions d’anys a formar-se, això vol dir que d’un mineral només se’n pot extreure la quantitat que hi ha a l’escorça terrestre. Per això diem que els minerals són recursos no renovables –que es poden acabar-.

Hi ha minerals que són abundants a l’escorça terrestre i dels quals podrem disposar durant molt de temps però n’hi ha d’altres que són escassos i que s’esgotaran si els extraiem en grans quantitats.

Les mines són un element que pot fer malbé el paisatge, especialment les de cel obert.

Altres problemes són la contaminació atmosfèrica produïda pels fums dels forns d’obtenció de metalls i la contaminació de les aigües, que queden amb restes de ganga i dels productes químics utilitzats en l’obtenció dels metalls. En els processos moderns d’obtenció s’utilitzen filtres molt eficients per depurar els fums i també depuradores per eliminar la contaminació de les aigües i tractar adequadament els residus.

Quines aplicacions tenen els metalls?

Antigament i durant l’Edat Mitjana els artefactes i les màquines eren pràcticament tots de fusta. A principis del segle XIX es va produir un important canvi tecnològic i social que va fer que els metalls passessin a tenir moltes més aplicacions.

Actualment són presents a tot arreu. La seva principal aplicació és la construcció de maquinària aprofitant la seva resistència i la seva duresa, però també en la fabricació d’eines, estris, elements mecànics, mobles, mitjans de transport com automòbils, vaixells, avions, trens, ... i també en la construcció d’edificacions, ponts i estructures.

Avui no podríem entendre una societat desenvolupada sense la utilització dels metalls, tot i així altres materials van substituint-los. Exemples d’això poden ser els automòbils o les petites màquines electrodomèstics, en que parts o peces que eren metàl·liques ara són fetes amb plàstics ja que aquests són més lleugers, aïllants i resistents a la corrosió.

Propietats mecàniques dels materials fèrrics

Algunes de les propietats mecàniques dels materials fèrrics les podem modificar si sotmetem el material a determinats tractaments:
 
La FORJA que consisteix a donar cops repetidament a la peça d’acer quan està calenta, això en fa augmentar la resistència mecànica.
 
El TREMP que consisteix a escalfar l’acer a altes temperatures fins que queda vermell “ferro al roig” i refredar-lo molt ràpidament submergint-lo en aigua. En resulta un material molt dur i resistent. S’usa per a fer fulles de ganivets, serres, llimes, ...
 
El REVINGUT que consisteix a escalfar de nou l’acer al tremp però sense arribar a “ferro al roig” i deixar que es refredi. Aconseguirem augmentar-ne la tenacitat.
 
La RECUITA que consisteix a escalfar l’acer a altes temperatures fins que es queda vermell “ferro al roig” i deixar que es refredi lentament. Amb aquesta operació s’eliminen els efectes del revingut. Aconseguim un acer més tou i que podem treballar millor.

Els aliatges fèrrics

La seva utilitat i aplicació procedeix de les propietats que obtenim amb els seus aliatges amb el Carboni:
 
La FOSA o FERRO COLAT. Té un contingut de Carboni d’entre el 2% i el 4% i s’obté fent passar el material encara en estat líquid als motlles que li donaran la forma de l’objecte desitjat, per tant són fàcilment emmotllables. Té el punt de fusió molt alt i en resulten objectes molt durs però una mica fràgils. Són més resistents a la corrosió que els acers comuns. Amb aquest procediment es fabriquen les tapes de les clavegueres, els radiadors de la calefacció, mobles d’exterior, bancades de màquines, entre altres.

Els ACERS. És el producte ferri més important. Més del 75 % de tot el ferro colat que es produeix es destina a l'obtenció d'acers.Tenen un contingut de Carboni que no supera el 2% i els podem classificar en:

1. l'acer dolç que conté fins a un 0,5% de Carboni. És dúctil i tenaç però poc dur.  S’usa en carrosseries de vehicles i perfils d’acer.
2. l'acer dur que conté fins a un 1% de Carboni. Té més resistència mecànica que l'anterior i s’usa per a la fabricació d’engranatges, carrils de tren, rodes, eixos i en general màquines i objectes que han de suportar grans esforços.
3. l'acer salvatge que té fins a un 2% de Carboni. És el més dur i resistent i s’usa per fabricar molles, eines de perforació, cablejats d’acer, ....

   
Els ACERS ALIANTS. Intervenen a més del ferro (Fe) i el Carboni (C) altres elements que s'hi afegeixen durant el procés de fabricació per tal de millorar-ne les seves qualitats. Els més comuns són:

1. el silici (Si), li dona gran elasticitat i resistència. Es fa servir en molles, xapes de transformadors, ...
2. el manganés (Mn), presenta una resistència gran al desgast i se solda amb facilitat. Es fa servir en rails, perfils d'estructures, ...
3. el crom (Cr) i el vanadi (V), té una resistència molt gran a les deformacions en fred. S'usa en eines, eixos de màquines, ...
4. el tungsté o wolframi (W)i el molibdè (Mo), té una gran duresa i resistència a la deformació en calent. S'usa en eines de tall com les broques, les llimes, les gúbies, les fulles de serra, ...
5. el níquel (Ni)i el crom (Cr), té una gran duresa i resistència a la dilatació i a la corrosió, és s'oxida -acer inoxidable- pot estar sotmès a altes temperatures o a l’acció continua de l’aigua sense que s’alterin. S’usa per a eines i estris de cuina, material quirúrgic, turbines, arbres de transmissió, engranatges, cables, instruments de mesura de precisió, ... 

Els metalls fèrrics

 El ferro és un metall que ja era conegut pels Sumeris cap a l’any 2500 aC i caracteritza una època històrica, l’anomenada Edat de Ferro.

El ferro (Fe) no es troba en estat pur a la naturalesa sinó barrejat amb altres elements químics. Els principals minerals de ferro que resulten rendibles industrialment són:

1. l'oligist que té una mena formada per òxid fèrric (Fe₂O₃) la varietat més important és l'hematites roja, d'aspecte compacte, terrós i de color vermellós.
2. la magnetita també anomenada "pedra imant" que té una mena formada per òxid ferrós (Fe₃O₄), presenta masses compactes i lluents de color negrós.
3. la limonita que òxid de ferro hidratat (FeO·nH₂O), es troba en abundant masses terroses, l'extracció és fàcil i el seu color és groguenc bru.
4. la siderita té la mena formada per carbonat ferrós (FeCO₃), la seva proporció de ferra és baixa però és un mineral molt apreciat ja que normalment es troba acompanyat de mangès i de cobalt, tots dos amb un gran valor tecnològic.

El ferro s’obté de la fusió del ferro procedent de les mines. Aquest procés es duu a terme en els alts forns, on s'escalfa el minaral de ferro i carbó a temperatures molt elevades ( més de1500ºC).
 
Un alt forn és una torre recoberta de material refractari formada per dos troncs de con invertits, de longituds diferents i units per les bases.
 
El procés que se segueix per obtenir el ferro és:

El mineral de ferro s’introdueix per la bocana barrejat amb carbó de coc que és un tipus de carbó amb un alt poder calorífic que s’obté a partir de la destil·lació de l’hulla o del carbó de pedra. 
 
El mineral baixa lentament a través del cup. Quan arriba a la zona més ampla del forn (ventre) la temperatura ja supera el punt de fusió del ferro i de les impureses (escòria) que es fonen conjuntament.
 
El material fos es precipita al gresol a través de l’etalatge. El ferro fos queda al fons perquè aquest és més dens i l’escòria sura per damunt.
 
L’escòria s’extreu per l’orifici anomenat forat d’escòria que està situat a la part superior del gresol.
 
El ferro fos s’anomena ferro colat i s’extreu per un orifici anomenat forat de colada i està situat al fons del gresol, aquest té moltes impureses i un alt percentatge de carboni, per la qual cosa cal sotmetre'l a un procés d'afinament que s'efectua en forns amb injecció d'oxigen; d'aquestes fases en sortiran els acers comuns i les foses.
  
El ferro pur, també anomenat ferro dolç és la forma més pura del ferro que s'usa en indústria. S'obté a partir del ferro colat després d'haver-ne eliminat les impureses. Conté un 99.8 % de ferro, la seva densitat és de 7.9 g/cm³ i té un punt de fusió alt, 1535 ºC. És de color gris brillant però es torna marronós a causa de la formació d’òxid (rovell). S’imanta amb facilitat, és relativament fràgil i no és pas gaire dur, per això és poc útil en estat pur.

Els metalls no fèrrics

Alumini

Es troba en el feldspat, en el caolí, en la mica, en el corindó i també forma part de moltes pedres presioses, però el mineral més rendible és la criolita que és un mineral blanc o incolor de composició complexa format per fluorur d'alumini i sodi (Na₂AlF₆), i la bauxitaque és el mineral d'alumini per excel·lència i el més abundant a l’escorça terrestre. La seva mena estpa formada per òxid d'alumini hidratat (Al₂O₃·nH₂O), és molt difícil de separar-lo dels components químics amb els que es troba combinat. De la bauxita se n’extreu l’alúmina i d’aquesta s’extreu l’alumini per mitjà de l’electròlisi a 950ºC, procediment que consisteix a fer passar un corrent elèctric a través d'un compost químic en dissolució i així separar-ne els components, oxigen i alumini. Com podem deduir calen grans quantitats d’energia. La seva baixa densitat, 2.7 g/cm³ fa que sigui considerat com un metall molt lleuger.

 L'alumini forma aliatges amb el coure (Cu) per poder obtenir peces modelades i forjades de gran              resistència mecànica a altes temperatures; amb el magnesi (Mg) per obtenir peces modelades i  de fàcil mecanització amb una gran resistència a la corrosió i una elevada resistència mecànica; amb el silici (Si) per tal de proporcionar tot tipus de peces modelades de formes complicades i de seccions primes, amb bona reistència mecànica en calent, amb una baixa dilatació i força resistents al desgast; i finalment l'anomenat duralumini que és un aliatge amb un 4 % de coure i petites quantitats de magnesi, manganès i de silici, conservant la lleugeresa de l'alimini però amb un resistència molt més gran.

Coure

És el primer metall que els humans van usar amb finalitats tecnològiques. És menys abundant a la superfície terrestre que l'alumini o el ferro. Els minerals més rendibles de coure són: la cuprita, de color vermell format per òxid de coure (Cu₂O); la calcosina, formada per sulfur de coure (Cu₂S); la calcopirita, de color verd lluent i compost per un carbonat complex de coure (Cu₂CO₃[OH]₂) i l'atzurita, de color blavós amb un composició química molt semblant a la malaquita (Cu₂[CO₃]₂·Cu[OH]₂)

Primer es va treballar en fred, però aviat es va descobrir que era molt millor treballar-lo en calent. D’aquí en va sortir el primer aliatge.
Encara que de vegades es troba en estat natiu, el més normal es trobar-lo barrejat amb altres minerals. Aquests es trituren, es polvoritzen i tot seguit es tracten amb dissolvents per obtenir-ne coure encara amb moltes impureses. Aquest es fon en forns i s’afina per electròlisi.
És un metall de color vermellós, el millor conductor de la calor i de l’electricitat després de la plata, mal·leable i dúctil. Es treballa amb facilitat i és força resistent  a la corrosió.
Actualment cal tenir en compte que més del 20% de la producció s’obté a partir del reciclatge de la seva ferralla. 
S’usa per a fabricar fils elèctrics, canonades per a conduccions d’aigua i gas. 

Bronze

es va descobrir fa prop de 5000 anys i també dona nom a una època històrica on s'utilitzava per a fabricar armes, eines i objectes decoratius. Consisteix en un aliatge de coure en un 90 % i d'estany en un 10 %. En resulta un material molt dur, resistent, fàcil d'emmotllar, d'una elevada ductilitat, fon amb facilitat, d'aspecte agradable i de sonoritat excel·lent. S’usa per fabricar tubs, planxes i filferros, campanes, ....
  

Llautó

consisteix en un aliatge de coure en un 70 %  i de zinc en un 30 %. S’usa des del segle VI aC. En resulta un material daurat, fàcil de treballar, dúctil i mal·leable. És un bon conductor del corrent elèctric. S’usa per fabricar aixetes, connexions elèctriques, panys i poms de portes, orfebreria, bijuteria, instruments musicals, .... 

                                  Estany

és de color blanc brillant, molt tou i mal·leable, no s'oxida a temperatura ambient. Formant aliatge amb el plom, és molt usat en soldadures de tubs de coure a les instal·lacions domèstiques i en les soldadures de components electrònics. També s’usa per recobrir l’acer per tal d’evitar-ne la corrosió. Quan usem l’estany per protegir l’acer en resulta el material que coneixem com a llauna.
  

Plom

metall gris platejat, molt dens, tou, mal·leable i bon conductor de la calor i de l'electricitat. S’utilitza en la protecció contra les radiacions perilloses com els raig X i la radioactivitat, fabricació de bateries i acumuladors, com a additiu del vidre per tal d'augmentar-ne el pes i la duresa d'aquest.

                                          Zinc

metall de color blanc blavós, molt mal·leable i resistent a la corrosió però d'escassa resistència mecànica, en contacte amb l'aire adopta un color grisós degut a la capa d'òxid que el recobreix. S’usa com a aliatge amb el coure per obtenir llautó i a per a cobertes d'edificis. Quan l’acer es recobreix amb zinc en resulta l’acer galvanitzat.
  

             Crom

és un metall de color blanc brillant. Fràgil però dur i molt resistent a la corrosió. S'utilitza per a fabricar l'acer inoxidable, acer per a eines i com a revestiment d'altres metalls per tal de protegir-los de la corrosió i millorar-ne el seu aspecte. La tècnica de revestiment amb crom s’anomena cromatge.
  

                                  Titani

és un metall de color gris lluent. Resulta car perquè la seva obtenció és molt difícil. Molt dur i molt resistent a la corrosió. Actualment és molt usat en la fabricació de turbines dels motors d’avions i de les centrals elèctriques perquè té una gran resistència als esforços mecànics, a la corrosió i a les altes temperatures.

Quins tipus de metalls hi ha?

Normalment els metalls es classifiquen en dos grans grups segons continguin o no ferro. 

METALL	SÍMBOL	DENSITAT	TEMPERATURA DE FUSIÓ (ºC)	RESISTÈNCIA AL TRANCAMENT (N/mm2)	ALIATGE
FERRO	Fe	7.87	1539	300 - 250	ACER (Fe+C)
COURE	Cu	8.94	1083	220	LLAUTÓ (Cu+Sn) BRONZE (Cu+Sn)
ALUMINI	Al	2.71	660	55
PLOM	Pb	11.36	327	20	ESTANY (soldadura tova)
ZINC	Zn	7.20	419	117	LLAUTÓ (Cu+Sn)
NIQUEL	Ni	8.9	1455	483
TITANI	Ti	4.51	1670	330
MAGNESI	Mg	1.74	650	165
ESTANY	Sn	7.30	232	34	BRONZE (Cu+Sn) PLOM (soldadura tova)